李小娟，彭建，文吉輝，于江輝，周小平，余成，朱艷，肖友倫?

(1 湖南省植物保護(hù)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2 常德市農(nóng)林科學(xué)研究院，湖南 常德 415000；3 湖南金色農(nóng)華種業(yè)科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

水稻是我國(guó)最重要的糧食作物，稻瘟病是危害我國(guó)水稻生產(chǎn)的3 大病害之一，一般引起水稻減產(chǎn)20%～30%，嚴(yán)重情況下可減產(chǎn)50%以上甚至絕收[1]。湖南省隸屬長(zhǎng)江中下游稻區(qū)，其水稻播種面積與產(chǎn)量均位居全國(guó)前列，但近年稻瘟病年均發(fā)生面積達(dá)30 萬(wàn)hm2，給水稻生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅[2]。生產(chǎn)實(shí)踐證明，在控制稻瘟病流行與危害的諸多措施中，選育與利用抗性品種被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)與安全有效的方法[1]。利用傳統(tǒng)育種技術(shù)選育抗性品種周期較長(zhǎng)，且較難兼顧產(chǎn)量與米質(zhì)，通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)跟蹤抗性基因是培育抗性品種最快速有效的手段，不但可以有目的地利用某一特定抗性基因，還可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)抗性基因的聚合，培育出持久廣譜抗稻瘟病品種[3]。然而，為在育種與生產(chǎn)上合理利用抗稻瘟病基因，必須明確抗性基因在特定稻區(qū)的抗性水平及其應(yīng)用價(jià)值。為此，各國(guó)學(xué)者利用抗性單基因品系開(kāi)展了相關(guān)研究。Hossain等[4]研究認(rèn)為，孟加拉國(guó)水稻抗瘟性育種與生產(chǎn)應(yīng)用上主要推薦Pi－9(t)、Pi－sh、Pi－ta與Pi－ta2等基因。Nguyet 等[5]研究揭示，Pi－sh、Pi－km、Pi－ta、Pita2、Pi－1、Pi－kh、Pi－k、Pi－kp、Pi－7(t)、Pi－9(t)、Piz5(即Pi－2)等基因在越南水稻生產(chǎn)上均具應(yīng)用前景。我國(guó)對(duì)抗性單基因在水稻生產(chǎn)與育種上的應(yīng)用在黑龍江[6]、湖南[7]、四川[8]等省均有相關(guān)報(bào)道。然而，上述研究均采用室內(nèi)接種方法，試驗(yàn)結(jié)果較田間偏重，加之接種菌株群體在稻區(qū)的代表性有限，且室內(nèi)接種未鑒定穗頸瘟的抗性。因此，有必要在田間病圃對(duì)單基因品系的抗瘟性進(jìn)行鑒定，以全面了解這些基因?qū)γ缛~瘟與穗頸瘟的田間抗性，從而為其合理利用提供依據(jù)。

湖南桃江病圃位于湖南省桃江縣高橋鎮(zhèn)羅溪村，病圃四面環(huán)山、日照時(shí)間短、結(jié)露時(shí)間長(zhǎng)、濕度大，具備稻瘟病發(fā)生流行有利條件，長(zhǎng)期是湖南省水稻稻瘟病抗性鑒定基地，其病菌群體與小種類型在所在稻區(qū)具有代表性[9－10]。為此，本研究于2020—2021 年在該病圃鑒定評(píng)價(jià)了水稻主要抗稻瘟病單基因品系的抗性，以期為湖南乃至長(zhǎng)江中下游稻區(qū)水稻抗病分子育種和含不同抗性基因品種的合理利用與推廣提供更科學(xué)的指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試水稻材料

普感品種麗江新團(tuán)黑谷(LTH)及24 個(gè)水稻抗稻瘟病單基因系品種，其原種由中國(guó)水稻研究所與四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。24 個(gè)單基因系品種具有LTH 遺傳背景，是通過(guò)含相應(yīng)基因的供體與LTH 回交選育而成[11]，具體名錄及所含抗病基因信息詳見(jiàn)表1、2?？共∑贩N特特普(Tetep)，由本課題組保存并繁殖。

表1 抗稻瘟病單基因系在桃江病圃的苗葉瘟抗性鑒定與評(píng)價(jià)結(jié)果Table 1 Results of resistance identification and evalutation of 24 monogenic lines to leaf blast in Taojiang nursery

1.2 苗葉瘟與穗頸瘟田間病圃自然誘發(fā)鑒定與評(píng)價(jià)

田間病圃苗葉瘟與穗頸瘟抗性鑒定試驗(yàn)地設(shè)置在湖南桃江病圃。26 個(gè)供試品種于每年5 月中下旬播種，采用條播方式，秧廂中間播種普感品種LTH，兩邊隨機(jī)播種24 個(gè)單基因系及抗病對(duì)照品種Tetep。移栽前鑒定苗瘟，待普感品種LTH 充分發(fā)病(病級(jí)7 級(jí)以上)后，調(diào)查單基因與Tetep 的苗瘟病級(jí)。大田分蘗盛期鑒定葉瘟，每個(gè)單基因品種分小區(qū)隨機(jī)排列種植、栽插30 蔸。為使其充分發(fā)病，每個(gè)單基因系至少有一側(cè)臨近普感品種LTH，大田四周栽植普感品種，且普感品種種植3 行以上。水稻黃熟初期鑒定穗頸瘟抗性，穗頸部或離穗頸1/2 處以下部位主軸發(fā)病的稻穗才被認(rèn)為是穗頸瘟，同一品種每重復(fù)逐穗記錄與調(diào)查其發(fā)病情況，以上試驗(yàn)均設(shè)置3 次重復(fù)。

苗葉瘟調(diào)查時(shí)，根據(jù)葉片病斑形狀與發(fā)病面積進(jìn)行病級(jí)分級(jí)，具體標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?水稻品種試驗(yàn)稻瘟病抗性鑒定與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程?(NY/T 2646－2014)。苗葉瘟統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，同一品種每重復(fù)取發(fā)病最嚴(yán)重葉片的病級(jí)，而每品種的病級(jí)取3 次重復(fù)的平均值。穗頸瘟調(diào)查時(shí)，每重復(fù)隨機(jī)調(diào)查100 穗，再根據(jù)發(fā)病穗數(shù)計(jì)算穗頸瘟發(fā)病率?；诎l(fā)病率對(duì)穗頸瘟進(jìn)行分級(jí)，具體標(biāo)準(zhǔn)如下:發(fā)病率＝0.0%，為0 級(jí)；0.1%≤發(fā)病率≤5%，為1 級(jí)；5.1%≤發(fā)病率≤10.0%，為3 級(jí)；10.1%≤發(fā)病率≤25.0%，為5 級(jí)；25.1%≤發(fā)病率≤50.0%，為7 級(jí)；發(fā)病率≥50.1%，為9 級(jí)。穗頸瘟統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，每品種發(fā)病率及其病級(jí)均取3 次重復(fù)的平均值。

苗葉瘟與穗頸瘟抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下:平均病級(jí)<0.1，評(píng)價(jià)為高抗(HR)或免疫(IM)；0.1≤平均病級(jí)≤2.0，評(píng)價(jià)為抗(R)；2.1≤平均病級(jí)≤4.0，評(píng)價(jià)為中抗(MR)；4.0≤平均病級(jí)≤6.0，評(píng)價(jià)為中感(MS)；6.1≤平均病級(jí)≤7.5，評(píng)價(jià)為感(S)；7.6≤平均病級(jí)≤9.0，評(píng)價(jià)為高感(HS)。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，分別評(píng)價(jià)2020、2021 年24 個(gè)單基因系及抗感病對(duì)照品種的苗葉瘟與穗頸瘟抗性水平，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分別取2 年中苗葉瘟與穗頸瘟較嚴(yán)重的年份。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗稻瘟病單基因系在桃江病圃的苗葉瘟抗性評(píng)價(jià)

2020—2021 年，24 個(gè)抗稻瘟病單基因系與抗感病對(duì)照品種在桃江病圃的苗葉瘟鑒定與評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。普感品種LTH 苗葉瘟病級(jí)2 年均為9 級(jí)，苗葉瘟發(fā)病充分，試驗(yàn)結(jié)果可靠。評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)一步顯示，這2 年中均無(wú)單基因系對(duì)苗葉瘟表現(xiàn)抗或高抗水平，2020 年僅IRBLz5－CA、IRBL1－CL、IRBL7－M、IRBLta2－Pi 等4 個(gè)單基因系表現(xiàn)中抗苗葉瘟，分別含有Pi－z5、Pi－1、Pi－7(t)與Pi－ta2，其余單基因系對(duì)苗葉瘟均表現(xiàn)中感及以上水平，其中含Pi－i、Pi－t與Pi－20等單基因的品系最感病。2021 年除上述4個(gè)單基因系對(duì)苗葉瘟表現(xiàn)中抗外，還有IRBLkp－K60、IRBLkm－Ts 等品系也表現(xiàn)中抗苗葉瘟，因此抗性表現(xiàn)較好的單基因有Pi－z5、Pi－1、Pi－7(t)、Pita2、Pi－kp與Pi－km，其余單基因系都表現(xiàn)中感及以上水平。綜合2 年結(jié)果，含Pi－z5、Pi－1、Pi－7(t)與Pi－ta2等單基因的品系苗葉瘟抗性較好。

2.2 抗稻瘟病單基因系在桃江病圃的穗頸瘟抗性評(píng)價(jià)

2020—2021 年，24 個(gè)抗稻瘟病單基因系與抗感病對(duì)照品種在桃江病圃的穗頸瘟發(fā)病率及其病級(jí)與抗性評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。2020—2021 年普感品種LTH穗頸瘟發(fā)病率均在90%以上、病級(jí)為9.0 級(jí)，穗頸瘟發(fā)病充分。進(jìn)一步分析表3 結(jié)果，2020 年鑒定的24個(gè)單基因系中，IRBLz5－CA(含Pi－z5)、IRBL1－CL(含Pi－1)、IRBLta2－Pi(含Pi－ta2)對(duì)穗頸瘟表現(xiàn)抗級(jí)(R)水平，IRBLta－KI(含Pi－ta)、IRBL12－M(含Pi－12(t))、IRBLkm－Ts(含Pi－km)表現(xiàn)中抗(MR)水平，其它18 個(gè)品系均對(duì)穗頸瘟表現(xiàn)中感及以上，其中含Pi－i、Pi－20、Pi－a、Pi－ks、Pi－z、Pi－t與Pi－19(t)的品系最感病。2021 年，對(duì)穗頸瘟表現(xiàn)抗級(jí)水平分別為含Pi－1、Pi－9(t)基因的品系IRBL1－CL、IRBL9－W，表現(xiàn)中抗水平的為IRBLkp－K60、IRBLkh－K3、IRBLz5－CA、IRBL12－M、IRBLkm－Ts、IRBLta2－Pi 等單基因品系，它們分別含有Pi－kp、Pi－kh、Piz5、Pi－12(t)、Pi－km、Pi－ta2，含其它單基因的品系都對(duì)穗頸瘟表現(xiàn)中感及以上水平，其中含Pi－i、Pi－20、Pi－zt的品系最感病。綜合2 年結(jié)果，含Pi－1、Pi－z5、Pi－ta2、Pi－12(t)與Pi－km的品系對(duì)穗頸瘟表現(xiàn)抗或中抗水平。

表2 抗稻瘟病單基因系在桃江病圃的穗頸瘟抗性鑒定與評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Results of resistance identification and evalutation of 24 monogenic lines to neck blast in Taojiang nursery

表3 水稻主要抗稻瘟病單基因?qū)γ缛~瘟與穗頸瘟抗性的綜合評(píng)價(jià)Table 3 Comprehensive evaluation of resistance of 24 major blast resistance genes to leaf and neck blast

2.3 抗稻瘟病基因在桃江病圃的抗性綜合評(píng)價(jià)及利用前景分析

對(duì)2020—2021 年24 個(gè)單基因系在桃江病圃的苗葉瘟與穗頸瘟抗性結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表3?；谶B續(xù)2 年的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，表明含Pi－z5、Pi－1、Pi－ta2的品系在湖南桃江病圃對(duì)苗葉瘟與穗頸瘟均有較好的抗性，這3 個(gè)基因首薦在湖南水稻抗病育種與生產(chǎn)上應(yīng)用。其后，有應(yīng)用價(jià)值的基因依次為Pi－12(t)、Pi－km，這2 個(gè)基因雖對(duì)苗葉瘟表現(xiàn)中感，但2020—2021 年對(duì)穗頸瘟均表現(xiàn)中抗，可作為替補(bǔ)的有效基因應(yīng)用于抗性育種。Pi－7(t)基因雖對(duì)苗葉瘟表現(xiàn)中抗水平，但2020—2021 年的穗頸瘟發(fā)病率均達(dá)到了20%左右；Pi－9(t)、Pi－ta在桃江病圃對(duì)苗葉瘟與穗頸瘟皆表現(xiàn)中感，因此，對(duì)含上述單個(gè)基因的品種在抗病育種與生產(chǎn)上應(yīng)用需謹(jǐn)慎。2020—2021 年對(duì)苗葉瘟與穗頸瘟都表現(xiàn)感病或高感水平的單基因有Pi－sh、Pi－11、Pi－k、Pi－b、Pi－5(t)、Pi－i、Pi－20、Pi－a、Pi－ks、Pi－z、Pi－zt、Pi－t與Pi－19(t)等，這些基因在育種與生產(chǎn)上已失去應(yīng)用價(jià)值。

3 討論

目前，已鑒定或定位的水稻抗稻瘟病基因至少在100 個(gè)以上，但抗譜較廣被應(yīng)用廣泛的僅少數(shù)基因，主要有Pi－1、Pi－z5(即Pi－2)、Pi－9(t)、Pi－ta、Pi－ta2與Pi－kh(即Pi－54)等，這些基因被證實(shí)具有廣譜抗性，在自然病圃的田間抗性表現(xiàn)較好[12]。我國(guó)湖南省及長(zhǎng)江中下游地區(qū)水稻區(qū)域試驗(yàn)新品種均須在湖南桃江病圃鑒定稻瘟病抗性，其抗瘟性達(dá)到審定標(biāo)準(zhǔn)的品種才能在該稻區(qū)審定與推廣應(yīng)用。本研究通過(guò)2020—2021 連續(xù)2 年的抗性監(jiān)測(cè)，明確了含Pi－1、Pi－z5與Pi－ta2等單基因的品系在桃江病圃對(duì)苗葉瘟與穗頸瘟均具有較好抗性，這3 個(gè)基因在抗性育種與生產(chǎn)上最具利用前景。Pi－1基因源于利比亞粳型品種“LAC23”。Hua 等[13]研究表明，該基因?qū)ξ覈?guó)福建、湖南、云南、貴州、四川、江蘇、遼寧、黑龍江等省菌株的抗性頻率都在70%以上，廣譜抗性明顯，可作為抗性育種與生產(chǎn)上的有效基因廣泛應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，Pi－1在廣東從化病圃具有較好的田間抗性，對(duì)廣東稻瘟病菌的抗菌頻率達(dá)82.2%，抗譜很廣，目前在廣東已利用該基因育成了一批雜交稻不育系與恢復(fù)系[14－15]。Pi－z5(Pi－2)，它對(duì)分離自我國(guó)各稻區(qū)的792 個(gè)稻瘟病菌中的絕大部分菌株表現(xiàn)抗性，只有7.55% 的小種能使其致病[16]，已被廣泛應(yīng)用于育種與生產(chǎn)中[17]。Pi－ta2抗譜廣于Pi－ta基因，初步判斷其與Ptr為同一基因。Zhao 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在IRRI 3 000 份水稻基因組重測(cè)序材料中，僅48 份含有Ptr抗性基因型，表明該基因在水稻抗病育種方面具有廣闊的應(yīng)用前景。另外廣譜抗性基因Pi－9(t)、Pi－ta也有廣泛利用[19]。但據(jù)本研究結(jié)果，含這兩個(gè)基因的單基因品系在桃江病圃對(duì)苗葉瘟與穗頸瘟均表現(xiàn)中感水平，這2 個(gè)基因宜與其它抗性基因聚合應(yīng)用。

根據(jù)本研究結(jié)果，已測(cè)試的24 個(gè)稻瘟病主效抗性單基因在桃江病圃大多表現(xiàn)出較差的田間抗性；加之，含單個(gè)抗稻瘟病基因的品種其抗性降低甚至喪失的風(fēng)險(xiǎn)較大，因而，在抗性育種與生產(chǎn)中，在對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)沒(méi)有明顯不利影響的前提下，推薦聚合至少2 個(gè)有效的抗性基因，且其中至少一個(gè)單基因在特定稻區(qū)具有廣譜或較好的田間抗性，如針對(duì)湖南桃江病圃，推薦Pi－1和Pi－2、Pi－1和Pi－9(t)及Pi－2和Pi－ta等基因聚合方式。此外，目前國(guó)內(nèi)外鑒定和定位的稻瘟病抗性基因已超過(guò)100 個(gè)，但育成的具有普感品種背景的水稻單基因品系偏少，如本研究只用了其中的24 個(gè)，大部分基因由于缺乏相應(yīng)單基因品系而無(wú)法評(píng)價(jià)其田間抗性，影響了其在育種與生產(chǎn)上的應(yīng)用。

4 結(jié)論

24 個(gè)水稻抗稻瘟病單基因品系在湖南桃江病圃呈現(xiàn)出不同的田間抗性水平，其中，苗葉瘟抗性表現(xiàn)較好的為含Pi－z5、Pi－1、Pi－7與Pi－ta2等單基因的品系，穗頸瘟抗性表現(xiàn)較好的為含Pi－1、Pi－z5、Pi－ta2、Pi－12(t)與Pi－km等單基因的品系。綜合來(lái)看，含Pi－1、Pi－z5、Pi－ta2等單基因的品系對(duì)苗葉瘟與穗頸瘟皆表現(xiàn)出較好的田間抗性，這3 個(gè)基因在生產(chǎn)上最具利用前景，可單獨(dú)或與其它抗性基因聚合應(yīng)用。